METABOLISMOY NUTRICIÓNMICROBIANOS

METABOLISMO MICROBIANO

•Conjunto de reacciones bioquímicas catabólicas y anabólicas, que transforman las sustancias nutritivas para obtener energía.

•Anabolismo: reacciones de síntesis.•Catabolismo: degradación de compuestos orgánicos.•Reacciones Endorganicas.•Reacciones Exorganicas.

Catabolismo y anabolismo: papel de la obtención de energía en vincular estos

procesos

ENERGÍA

ENERGÍA

La transformación de la energía, generación de ATP, puede ser mediante 3 vías principales:1. La respiración, que tiene lugar en

presencia de O2 y da como resultado CO2 y H2O, es un proceso de oxidación.

2. La fermentación: en condiciones sin oxigeno.

3. La fotosíntesis: que obtiene la energía por absorción de luz visible a través de la clorofila.

¿qué es el ATP?• Aunque son muy diversas

las biomoléculas que contienen energía almacenada en sus enlaces, es el ATP (adenosín trifosfato) la molécula que interviene en todas las transacciones de energía que se llevan a cabo en las células; por ella se la califica como "moneda universal de energía".

HIDRÓLISIS DEL ATP• En la mayoría de las

reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP, rompiéndose un sólo enlace y quedando un grupo fosfato libre, que suele transferirse a otra molécula en lo que se conoce como fosforilación; sólo en algunos casos se rompen los dos enlaces resultando AMP + 2 grupos fosfato.

• El sistema ATP <-> ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células.

Nutrición Microbiana

• Las células están compuestas de:

1. MACROMOLÉCULAS. polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas (Las proteínas son las más abundantes).

2. AGUA. El agua es el solvente ideal para

los organismos vivos debido a su polaridad y a su cohesión

CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS

PUNTO DE VISTA DEL APROVISIONAMIENTO DE ENERGÍA: • litotrofía (moléculas inorgánicas donantes

de electrones para respiración: SH2, S0, NH3, NO2

-, Fe2+) •organotrofía (moléculas orgánicas:

hidratos de C, hidrocarburos, lípidos, proteínas, alcoholes, etc)

CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS

PUNTO DE VISTA BIOSINTÉTICO (FUENTE DE C): •autotrofía: fijación del CO2 •heterotrofía: fuente orgánica de carbono OTROS CONCEPTOS: •autotrofía estricta: no pueden crecer

usando materia orgánica •mixotrofía: metabolismo energético

litotrofo, pero usan fuente orgánica de C para su metabolismo biosintético

Tipos Nutricionales

Tipo Fuente de energía

Fuente de carbono

Ejemplos

Fotoautotrofas Luz CO2 Algas y cianobacterias

Fotoheterotrofas Luz Compuestos orgánicos

Algas y bacterias fotosintéticas

Quimioautotrofas o Litotrofas

Química Compuesto inorgánicos: H2, NH3, NO2, H2S, CO2

Pocas bacterias

Quimioheterotrofas o Heterotrofas

Química Compuesto orgánicos: glucosa

La mayoría de bacterias

NUTRICIÓN MICROBIANA

•Nutrición: captación del medio de las sustancias para crecer (= nutrientes).

•Los nutrientes se necesitan para:▫Fines energéticos (en quimiotrofos)

mantenimiento ▫Fines biosintéticos (anabolismo, reacciones

plásticas)

Nutrición celularEl metabolismo celular:

Es un conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula con la finalidad de obtener energía y moléculas para crecer y renovarse.

La Respiración Celular es una de las vías principales del metabolismo, gracias a la cual la célula obtiene energía en forma de ATP. Tiene lugar en las mitocondrias.

Nutrición•Los microorganismos requieren para su

desarrollo y actividad celular compuestos químicos: nutrientes.

•Dependiendo de las cantidades que se requieran se habla de MACRONUTRIENTES y MICRONUTRIENTES.

•Existen diferencias en cuanto a los requerimientos nutricionales de cada microorganismo.

Nutrientes•MACRO

▫Carbono. ▫Nitrogeno.▫Fosforo.▫Azufre▫Potasio▫Magnesio▫Sodio▫Calcio▫Hierro

•MICRO▫Cromo▫Cobalto▫Cobre▫Manganeso▫Molibdeno▫Niquel▫Selenio▫Tungsteno▫Vanadio y Zinc.

NUTRIENTES• El mundo microbiano es de una sorprendente diversidad

metabólica. Algunos metabolismos solo han evolucionado en procariotas.

Ejemplos

EN HETEROTROFOS: desde metilotrofos (usan C1) hasta los versátiles Pseudomonas, que usan más de 100 tipos de C orgánico, incluyendo hidrocarburos alifáticos y cíclicos

• LOS QUIMIOLITOAUTOTROFOS

crecen en oscuridad en medios a base solamente de sales minerales la fijación de N2 solo ha evolucionado en Procariotas

La Thiobacillus ferrooxidans es una bacteria muy común en los residuos de las minas

Cobre

Clases de nutrientes • UNIVERSALES (los requeridos en esta forma por todos los procariotas): H2O, CO2, fosfatos y sales minerales

• PARTICULARES: elementos que se pueden captar de diferentes maneras, según especies: • N: como N inorgánico (oxidado o reducido), como N

orgánico; fijación de N2 (en ausencia de N combinado)

• S: como S inorgánico o como S orgánico • Factores de crecimiento

Factores de crecimiento• Se requieren en muy pocas cantidades y solo por algunas células:• Vitaminas, • Aminoácidos, • purinas y • pirimidinas.

La mayoría de los microorganismos son capaces de sintetizarlos.

Nutrientes universalesAgua• Es el principal componente del protoplasma bacteriano; el medio donde suceden las reacciones químicas y sus productos.

• La disponibilidad se mide por un parámetro denominado: actividad de agua (aw) o potencial de agua. Valores normales entre 0.90- 0.99.

AGUA

• Bacterias de hábitats oligotróficos (como Caulobacter, Spirillum) tienen aW cercanos a 1.

• Bacterias como Escherichia y Streptococcus, que viven en sangre y fluidos corporales, tienen aW de alrededor de 0.995.

• Bacterias marinas como ciertos Vibrio y Pseudomonas encuentran valores de 0.980.

• Ciertos bacilos Gram-positivos que resisten mejor la sequedad poseen valores de 0.950.

AGUA• En el extremo de resistencia encontramos ciertas bacterias xerófilas, capaces de vivir a aW muy bajos (en torno a 0.75). Muchas de estas bacterias viven de hecho en medios acuosos, pero donde gran parte del agua no está disponible: • procariotas halófilos extremos, como la arquea

Halobacterium, que habita en lagunas hipersalinas;• bacterias (y sobre todo, ciertos microrganismos

eucarióticos como levaduras) sacarófilos, que viven en jugos y zumos con altas concentraciones de azúcares.

EL CO2

• El CO2 le hace falta a todos los procariotas

• los autotrofos lo requieren como fuente de C • quimioautotrofos, con energía de sustancias químicas • fotoautotrofos, con energía de la luz • las arqueas metanogénicas lo pueden usar como

aceptor de electrones procedentes del H2. Además, algunas lo usan también como fuente de C

• los heterotrofos necesitan pequeñas cantidades de CO2 para sus carboxilaciones en rutas metabólicas

FÓSFORO• el P suele requerirse en forma de fosfatos • bacterias que usan fosfatos orgánicos (poseen fosfatasas extracelulares (secretadas) en Gram-positivas

• periplásmicas en Gram-negativas • fosfatos inorgánicos • (las bacterias que usan fosfatos orgánicos no dependen de ellos, ya que también usan fosfatos inorgánicos)

SALES MINERALES• Sales minerales: cationes • K+ (en activación de enzimas; con ácidos teicoicos de Gram+) • Mg2+ (estabiliza ribosomas, membranas y ácidos nucleicos;

cofactor en reacciones con ATP; en clorofilas y bacterioclorofilas)

• Ca2+ (cofactor de enzimas como proteinasas) • Fe2+ (en citocromos, FeS-proteínas; cofactor en enzimas) • oligoelementos o micronutrientes • Mn2+ (cofactor de ciertas enzimas) • Co2+ (vitamina B12)

• Zn2+ (estabiliza ADN-polimerasas y ARN-polimerasas) • Mo (en molibdoflavoproteínas, en la nitrogenasa) • Ni (en hidrogenasas)

Nutrientes particulares

•En forma combinada reducida • N reducido inorgánico: NH4

+

• S reducido inorgánico: S2-, SH- • N reducido orgánico: aminoácidos, péptidos

• S reducido orgánico: cisteína

Fijación de N2

• La capacidad de nutrición nitrogenada a partir del N2 atmosférico (N libre, no combinado) solo ha evolucionado en ciertos procariotas: procariotas diazotrofos o fijadores de nitrógeno

N2 + 8H+ + 8e + 18 ATP 2NH3 + H2 + 18(ADP+Pi)

• Catalizada por el complejo nitrogenasa: • comp. I (= nitrogenasa propiamente dicha): MoFe-

proteína (cofactor FeMoCo) • comp. II (= reductasa de la nitrogenasa): Fe-proteína

FACTORES DE CRECIMIENTO • Son moléculas orgánicas específicas requeridas en muy

pequeñas cantidades por algunas bacterias • No tienen función plástica (no sillares de

macromoléculas) ni sirven de fuente de energía • suelen ser coenzimas o sus precursores, vitaminas, que

determinadas bacterias no pueden sintetizar por sí mismas las deben tomar del medio ambiente

• Ejemplos: • Brucella requieren biotina, niacina, tiamina y pantoténico • Haemophilus necesita hemo y piridín-nucleótidos

Medios de cultivo

• Satisfacen las necesidades nutritivas de los microorganismos y pueden ser químicamente definidos o complejos.

• Para el cultivo correcto de una bacteria es necesario conocer sus exigencias nutritivas.

1) Medios complejos o indefinidos:

• Su composición química exacta se desconoce, ya que son el producto de realizar infusiones y extractos de materiales naturales complejos:

• Ejemplos:• Digeridos crudos de extracto de carne• Digeridos de extracto de levadura• Digeridos de peptona de carne o de soja• Digeridos de caseína (de la leche).